基于psasp的風(fēng)電并網(wǎng)仿真與關(guān)鍵技術(shù)研究

基于psasp的風(fēng)電并網(wǎng)仿真與關(guān)鍵技術(shù)研究

0風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響分析隨著能源短缺和人們對(duì)環(huán)境問題的關(guān)注，可支配能源的利用得到了越來越多的發(fā)展。風(fēng)能是一種新型的可再生能源,風(fēng)力發(fā)電具有環(huán)境友好、技術(shù)成熟、全球可行的特點(diǎn),并且具有超過20年的良好運(yùn)行記錄,越來越被廣泛認(rèn)可,國家“十一五”電力規(guī)劃也明確提出了全面發(fā)展新能源的目標(biāo),風(fēng)力發(fā)電作為新能源的主力已得到業(yè)界廣泛重視,發(fā)展日趨迅速。隨著風(fēng)電場的容量越來越大,對(duì)系統(tǒng)的影響也越來越明顯,分析風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的影響成為電網(wǎng)運(yùn)行的必要課題。風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)于電網(wǎng)穩(wěn)定性的主要威脅是風(fēng)速的波動(dòng)性和隨機(jī)性引起風(fēng)電場出力隨時(shí)間的變化難以預(yù)測,而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電接入系統(tǒng)時(shí)存在潛在的安全隱患。為了滿足河北南網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要,利用PSASP進(jìn)行風(fēng)電并網(wǎng)仿真與關(guān)鍵技術(shù)研究。1風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型河北南網(wǎng)蔚縣風(fēng)電場一期工程總裝機(jī)33臺(tái),類型為變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,單臺(tái)機(jī)組容量1.5MW。風(fēng)電場發(fā)電機(jī)及出口變壓器采用“一機(jī)一變”的接線方式,共選用33臺(tái)變壓器,單臺(tái)容量為1.6MVA,電壓等級(jí)0.69kV/35kV,分別按10臺(tái)、11臺(tái)、12臺(tái)分為三組,以三回線路接入風(fēng)電場110kV升壓站35kV側(cè)母線經(jīng)一回110kV架空線接入系統(tǒng)。電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP)中設(shè)計(jì)了兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的模型,可模擬鼠籠異步風(fēng)電機(jī)組和雙饋直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組。風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型包含電機(jī)模型、控制系統(tǒng)模型、軸系傳動(dòng)模型和風(fēng)能-功率轉(zhuǎn)換模型等。雙饋直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組模型是雙反饋式異步風(fēng)電機(jī)組和直驅(qū)式同步風(fēng)電機(jī)組的通用模型,對(duì)發(fā)電機(jī)部分進(jìn)行了簡化,一定程度上忽略換流器和變頻器的動(dòng)態(tài)過程。發(fā)電機(jī)和變頻器表現(xiàn)為由電流調(diào)節(jié)的電壓源型逆變器,與其他同類元件(如電池儲(chǔ)能系統(tǒng)BESS和靜止同步補(bǔ)償器STATCOM等)類似,變頻器使得風(fēng)電機(jī)組表現(xiàn)為電抗后的可控電壓源,控制風(fēng)電機(jī)組向電網(wǎng)注入指定的有功和無功電流。模型詳細(xì)模擬了機(jī)組的控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性,包括勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)和槳距角調(diào)節(jié)系統(tǒng)。模型如圖1所示。其基本環(huán)節(jié)包括風(fēng)力機(jī)、起連接和傳動(dòng)作用的裝置、發(fā)電機(jī)、風(fēng)電機(jī)控制系統(tǒng)。其能量轉(zhuǎn)換過程:風(fēng)能→機(jī)械能→電能。針對(duì)蔚縣風(fēng)電場一期工程接入河北南網(wǎng)進(jìn)行潮流和動(dòng)態(tài)計(jì)算,以東北華北華中2008年夏大方式數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),不考慮可控串補(bǔ)(TCSC)作用。系統(tǒng)基準(zhǔn)容量為1000MVA。2系統(tǒng)潮流分析不考慮增加無功補(bǔ)償設(shè)備和采用電壓調(diào)節(jié)措施時(shí)計(jì)算系統(tǒng)潮流,結(jié)果如表1所示。風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)要求電壓偏差-10%～10%,為留有一定安全裕度,電壓偏差控制取為-5%～5%。潮流結(jié)果符合要求。3系統(tǒng)穩(wěn)定性檢驗(yàn)風(fēng)電場的動(dòng)態(tài)行為影響到接入系統(tǒng)的電壓和頻率波動(dòng)及暫態(tài)穩(wěn)定性,因此需要通過仿真的方法檢驗(yàn)系統(tǒng)在某些擾動(dòng)下是否會(huì)失去安全性和穩(wěn)定性。時(shí)域仿真包括風(fēng)速變化的仿真和風(fēng)電場母線送出端故障的仿真。3.1風(fēng)速變化的影響3.1.1基本風(fēng)模擬疊加風(fēng)電場運(yùn)行于低于平均風(fēng)速狀況下,考慮風(fēng)速的突然變化,以初始低風(fēng)速為基本風(fēng),模擬疊加5m/s的陣風(fēng),時(shí)間為5s。典型陣風(fēng)擾動(dòng)下蔚縣風(fēng)電場風(fēng)速隨時(shí)間變化曲線如圖2所示。風(fēng)電場鄰近母線電壓波動(dòng)曲線如圖3所示。3.1.2漸變風(fēng)擾動(dòng)下風(fēng)電場風(fēng)速隨時(shí)間變化風(fēng)電場運(yùn)行于低于平均風(fēng)速狀況下,考慮風(fēng)速的突然變化,以初始低風(fēng)速為基本風(fēng),模擬疊加5m/s的漸變風(fēng),漸變風(fēng)起始時(shí)間為5s。典型漸變風(fēng)擾動(dòng)下蔚縣風(fēng)電場風(fēng)速隨時(shí)間變化曲線如圖4所示。風(fēng)電場鄰近母線電壓波動(dòng)曲線如圖5所示。3.1.3切出風(fēng)速時(shí)風(fēng)電場鄰近母線電壓波動(dòng)切出風(fēng)速當(dāng)蔚縣風(fēng)電場額定出力時(shí),風(fēng)速突然增大超過風(fēng)電機(jī)組切出風(fēng)速時(shí),風(fēng)電場鄰近母線電壓波動(dòng)曲線如圖6所示。從上述仿真結(jié)果可以看出,系統(tǒng)電壓波動(dòng)在合理范圍內(nèi),并能最終保持穩(wěn)定,幾種風(fēng)速擾動(dòng)下,蔚縣風(fēng)電場對(duì)系統(tǒng)的沖擊很小。3.2動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性考慮當(dāng)電網(wǎng)在風(fēng)電場近端發(fā)生故障時(shí)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。設(shè)置蔚風(fēng)電35kV至淶源35kV一回線路在蔚風(fēng)電側(cè)5%處發(fā)生三相接地故障,故障持續(xù)一段時(shí)間后線路跳開。(1)風(fēng)電場鄰近母線電壓故障持續(xù)時(shí)間為0.12s,風(fēng)電場鄰近母線電壓如圖7所示。(2)線電壓的電壓故障持續(xù)時(shí)間為0.5s,風(fēng)電場鄰近母線電壓如圖8所示。從仿真結(jié)果可以看出,當(dāng)風(fēng)電場出口附近發(fā)生故障并切出故障時(shí),電網(wǎng)電壓可維持穩(wěn)定,系統(tǒng)能保持同步穩(wěn)定運(yùn)行。4合理增加風(fēng)電場一期接入量通過對(duì)蔚縣風(fēng)電場一期風(fēng)電機(jī)組接入河北南網(wǎng)的仿真計(jì)算可以得到以下結(jié)論。(1)在當(dāng)前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷組成情況下,蔚縣風(fēng)電場一期在正常運(yùn)行時(shí)接入電網(wǎng),系統(tǒng)電壓水平在正常范圍內(nèi),滿足入網(wǎng)穩(wěn)定要求。(2)